第1章流體輸送1(課件)

1、jgb168第一篇化工單元操作基礎(chǔ)第一篇化工單元操作基礎(chǔ) 華山職業(yè)技術(shù)學(xué)校jgb168jgb168 教材分析教材分析1. .教材介紹教材介紹 化工單元過程及操作化工單元過程及操作是化學(xué)工業(yè)是化學(xué)工業(yè)出版社出版的第二版，本教材是以應(yīng)用能出版社出版的第二版，本教材是以應(yīng)用能力為主線。力為主線。 jgb168 知識與技能 過程與方法 2.教學(xué)目標(biāo)甲烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)討論實(shí)事求是、辨證認(rèn)識事物兩面性 情感、態(tài) 度與價(jià)值 觀 教學(xué)目標(biāo)jgb1683.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)： 甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì) 難點(diǎn)： 甲烷與氯氣的取代反應(yīng)以及有機(jī) 物立體結(jié)構(gòu)模型的建立重點(diǎn)突出、難點(diǎn)突破jgb168知識儲備認(rèn)知水平學(xué)習(xí)

2、方式因材施教jgb1683.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)： 甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì) 難點(diǎn)： 甲烷與氯氣的取代反應(yīng)以及有機(jī) 物立體結(jié)構(gòu)模型的建立重點(diǎn)突出、難點(diǎn)突破jgb168教法實(shí)驗(yàn)探究法 問題討論法講解法比較歸納法 多媒體輔助法 jgb168學(xué)法以學(xué)生為主體辨證法對比法自主學(xué)習(xí)目的學(xué)會會學(xué)樂學(xué)jgb168新課教學(xué)（27分鐘）導(dǎo)入新課（3分鐘）課后小結(jié)（5分鐘）鞏固練習(xí)（8分鐘）課后探究（2分鐘）jgb1681.1概述流體是氣體與液體的總稱。流體輸送是指按照一定的目的，把流體從一處送到另一處。流體流動是最普遍的化工單元操作之一，研究流體流動問題也是研究其它化工單元操作的重要基礎(chǔ)。jgb168流體主要

3、特征流體主要特征具有流動性；無固定形狀，隨容器形狀而變化；受外力作用時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生相對運(yùn)動。 jgb168流體種類流體種類 如果流體的體積不隨壓力變化而變化，該流體稱為不可壓縮性流體不可壓縮性流體；若隨壓力發(fā)生變化，則稱為可壓縮性流體可壓縮性流體。 jgb168液體 液體所受壓力增大, 其體積幾乎不變,故稱之為不可壓縮流體 液體壓力增大 jgb168液體 液體溫度升高時(shí)，其體積略有增加, 液體具有熱膨脹性 溫度升高 jgb168氣體 氣體所受壓力增大, 其體積變小,故氣體是可壓縮流體。 氣體壓力增大 但如果壓力的變化率不大時(shí)，該氣體也可但如果壓力的變化率不大時(shí)，該氣體也可當(dāng)作不可壓縮性流體處理。當(dāng)

4、作不可壓縮性流體處理。jgb168氣體氣體溫度升高時(shí)，其體積明顯增加, 液體具有明顯熱膨脹性。 氣體溫度升高 jgb1681.1.1流體輸送在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用流體輸送在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 化工生產(chǎn)過程所處理的物料大多為流體（氣體和液體），這些流體物料需要從一個(gè)設(shè)備送到另一個(gè)設(shè)備（設(shè)備間移動），或從一個(gè)工序送往另一個(gè)工序（工序間轉(zhuǎn)移），逐步完成各物理過程和化學(xué)過程，從而得到所需要的化工產(chǎn)品。因此，化工過程的實(shí)現(xiàn)必然會涉及到流體輸送、流量測量、壓力測量、輸送設(shè)備所需功率的計(jì)算及其選型等問題。要解決這些問題必須先掌握流體力學(xué)中流體流動的有關(guān)基本原理、基本規(guī)律和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)知識和應(yīng)用技能。其他單元操作大多

5、與流體流動有密切關(guān)系，如非均相物系的分離、傳熱、傳質(zhì)過程、蒸餾、吸收、干燥等，都是在流體流動的條件下進(jìn)行的，要研究或?qū)W習(xí)這些操作過程也必須先掌握流體力學(xué)的知識，因此，流體流動是單元操作的一個(gè)重要基礎(chǔ)內(nèi)容，流體力學(xué)的知識是本門課的重要基礎(chǔ)。 jgb1681.1.2常見流體輸送方式 流體輸送按操作方式分可分為：自發(fā)輸送和強(qiáng)制輸送，自發(fā)輸送是指流體靠液位差或壓力差產(chǎn)生的自然流動來輸送流體，而強(qiáng)制輸送是利用流體輸送設(shè)備來輸送流體。強(qiáng)制輸送按輸送設(shè)備的工作原理又可分離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式、流體作用式等。jgb168常見流體輸送方式流體輸送也可以從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，采取不同的輸送方式，比如高位槽送料、真空抽料

6、、壓縮空氣送料和流體輸送機(jī)械送料等。 1.1.2.1 高位槽送料利用容器、設(shè)備之間的位差，將處在高位設(shè)備內(nèi)的液體輸送到低位設(shè)備的操作稱為高位槽送料。另外，在要求特別穩(wěn)定的場合，也常設(shè)置高位槽，以避免輸送機(jī)械帶來的波動。如圖1-1所示(P8)，脫甲醇塔的回流就是靠高位的塔頂冷凝器來維持的。 高位槽送料時(shí)，高位槽的高度必須能夠保證輸送任務(wù)所要求的流量。 jgb1681.1.2.2 真空抽料定義：通過真空系統(tǒng)造成的負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)流體從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備的操作稱為真空抽料。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、沒有動件；缺點(diǎn)：流量調(diào)節(jié)不方便、需要真空系統(tǒng)、不適于輸送易揮發(fā)的液體。jgb1681.1.2.3 壓縮空氣

7、送料(P8)定義：通過壓縮空氣實(shí)現(xiàn)物料輸送的操作稱為壓縮空氣送料。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、沒有動件、可間歇輸送腐蝕性大及易燃易爆的流體；缺點(diǎn)：流量小且不易調(diào)節(jié)、只能間歇輸送流體。jgb1681.1.2.4 流體輸送機(jī)械送料(P8)借助流體輸送機(jī)械對流體做功，實(shí)現(xiàn)流體輸送的操作是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的流體輸送方式。jgb1681.2流體的物理性質(zhì) 在學(xué)習(xí)流體流動之前，首先需要得到流體的物理性質(zhì)及參數(shù)的數(shù)據(jù)，下面介紹流體的密度相對密度壓強(qiáng)（壓力）（壓力） 粘度系數(shù)等的基本概念、獲取方法。jgb1681.2.1密度與相對密度密度與相對密度流體的密度及相對流體的密度及相對密度是流體最基本密度是流體最基本的物理性質(zhì)

8、之一。的物理性質(zhì)之一。也是化工單元過程也是化工單元過程計(jì)算中常用的數(shù)據(jù)。計(jì)算中常用的數(shù)據(jù)。jgb1681、密度、密度單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為密度，用單位體積流體所具有的質(zhì)量稱為密度，用“”表示。表示。平均密度：平均密度： =m/vm質(zhì)量，質(zhì)量，; V流體體積，流體體積，m3;密度單位密度單位:kg/m3各種流體其密度各不相同，但任何一種流體都各種流體其密度各不相同，但任何一種流體都是隨壓力和強(qiáng)度而變化的。是隨壓力和強(qiáng)度而變化的。=（p，T）jgb168P對液體的對液體的影響較小，常忽略不計(jì)，影響較小，常忽略不計(jì)，=（T），稱為不可壓縮流體。），稱為不可壓縮流體?；どa(chǎn)中，處理的流體多半是

9、幾種組合的混合化工生產(chǎn)中，處理的流體多半是幾種組合的混合物。對于混合液體，其平均密度為：物。對于混合液體，其平均密度為：1/=w1/1 +w2/2 +wn/n1，2，n-是液體混合物中各組合的密度，是液體混合物中各組合的密度，kg/m3w1，w2，wn-是液體混合物中各組合的質(zhì)量是液體混合物中各組合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)。P10例例1-2jgb168它具有壓縮性和膨脹性，=（p，T）-稱為可壓縮性流體?？蓧嚎s性流體。對于理想氣體對于理想氣體（壓力不太高，溫度不太低壓力不太高，溫度不太低） pV=nRT=pM/RT氣體在氣體在溫度溫度T、壓力、壓力p條件下的密度，kg/m3；V氣體的體積，氣體的體積，

10、m3；T氣體的熱力學(xué)氣體的熱力學(xué)溫度，溫度，k；m氣體的質(zhì)量，氣體的質(zhì)量，kg；M氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量kg/kmol；R通用氣體常數(shù)，氣體常數(shù)，8.314 kJ/(kmolK)。氣體氣體jgb168對于混合氣體對于混合氣體a）平均摩爾質(zhì)量）平均摩爾質(zhì)量 Mm =M11+M2 2+Mn nM1，M2， Mn-混合物中各部分的摩爾質(zhì)量混合物中各部分的摩爾質(zhì)量1， 2 n-混合物中各部分的摩爾分?jǐn)?shù)（或混合物中各部分的摩爾分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù) ） 。 b）平均密度）平均密度 =1 1+2 2+n n1，2，n-各部分的密度各部分的密度kg/m3；1， 2 n-各部分的摩爾分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)）

11、各部分的摩爾分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)）P11例例1-3jgb168或者由或者由pV/ T= p0 V0 / T0兩邊同除以兩邊同除以m，可得，可得=0p T0/ p0 T下標(biāo)下標(biāo)“0”表示標(biāo)準(zhǔn)狀況，即表示標(biāo)準(zhǔn)狀況，即273K，101.325kpa。1Kmol理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是22.4m3,理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度0=M/22.4jgb1683重重度度在工程單位制中的一個(gè)專用的且極其重要的物在工程單位制中的一個(gè)專用的且極其重要的物理量，是指單位體積的重量。理量，是指單位體積的重量。 r=G/V工程單位制中，重量用工程單位制中，重量用“kgf”千克

12、力表示，千克力表示，9.81牛頓為牛頓為1千克力。千克力。國際單位制中的密度國際單位制中的密度kg/m3和工程單位制中的和工程單位制中的重度重度rkgf/m3在數(shù)值上是相等的。在數(shù)值上是相等的。單位質(zhì)量流體的體積單位質(zhì)量流體的體積稱為流體的比容稱為流體的比容 =V/m=1/ 它是密度的倒數(shù)它是密度的倒數(shù)單位單位m3/kg，這個(gè)物理量在氣體中應(yīng)用較多。，這個(gè)物理量在氣體中應(yīng)用較多。2相對密度相對密度相對密度是在共同的特定條件下，一種物質(zhì)的密度相對密度是在共同的特定條件下，一種物質(zhì)的密度與另一種物質(zhì)的密度之比。與另一種物質(zhì)的密度之比?！癲”表示。如表示。如:比重比重就是就是一種相對密度一種相對密度

13、。jgb1681.2.2壓力 (壓強(qiáng)壓強(qiáng))壓強(qiáng)是流體的重要參數(shù)之一。壓強(qiáng)化工單元過程計(jì)算的一個(gè)參數(shù)，也是實(shí)際化工生產(chǎn)中測量、控制的一個(gè)數(shù)據(jù)。1壓強(qiáng)的定義與表示：流體垂直作用于單位面積壓強(qiáng)的定義與表示：流體垂直作用于單位面積上的壓力上的壓力稱為壓強(qiáng)（壓力）稱為壓強(qiáng)（壓力）p=F/Ap流體的靜壓強(qiáng)，流體的靜壓強(qiáng)，PaF垂直作用在流體表面上的總壓力，垂直作用在流體表面上的總壓力，NA作用面的面積，作用面的面積，單位：單位：SI中中“N/m2”也稱為帕斯卡，符號也稱為帕斯卡，符號“Pa”。jgb168SI制：制：N/m2(pa)其它單位：其它單位：atm、bar（巴）、（巴）、Kgf/cm2、液柱高度

14、、液柱高度等。等。過去流體壓強(qiáng)單位有很多種，這些單位目前仍繼續(xù)使過去流體壓強(qiáng)單位有很多種，這些單位目前仍繼續(xù)使用，所以有必要將它們之間的換算關(guān)系搞清楚。用，所以有必要將它們之間的換算關(guān)系搞清楚。 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）=10132N/m2（Pa）=101.325kPa =1.0133bar =760mmHg10.33mH2O=1.033kgf/cm2工程上為了方便，將工程上為了方便，將1kgf/cm2近似作為近似作為1大氣壓，稱大氣壓，稱為工程大氣壓，為工程大氣壓，1工程大氣壓（工程大氣壓（at）=1kgf/cm2 =98.1kPa=10mH2O =735.6 mmHg =9.80

15、7104pa2壓強(qiáng)的單位及換算jgb1683壓強(qiáng)的測量方法壓力表和真空表是常見的壓力測量儀表。 壓力表測量的是測壓處與環(huán)境的壓力之差，通常稱為表壓。 真空表測量的是環(huán)境與測壓處的壓力之差，通常稱為真空度。 jgb1684、絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)、真空度、絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)、真空度hh（1）當(dāng)被測流體的絕對壓強(qiáng)）當(dāng)被測流體的絕對壓強(qiáng)外界大氣外界大氣壓時(shí)，壓力表上測得值為壓時(shí)，壓力表上測得值為表壓表壓。 表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)= 絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng) - - 大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng) 或或 絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng) = 大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)+ 表壓強(qiáng)表壓強(qiáng)（2）當(dāng)被測流體的絕對壓強(qiáng)）當(dāng)被測流體的絕對壓強(qiáng)外界大氣外界大氣壓時(shí)，壓力表上測得值

16、稱為壓時(shí)，壓力表上測得值稱為真空度真空度。 真空度真空度 = 大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)- - 絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng) 或或 絕對壓強(qiáng)絕對壓強(qiáng) = 大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)- - 真空度。真空度。jgb168注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：壓力表上刻度為壓力表上刻度為0點(diǎn)時(shí)，絕對壓點(diǎn)時(shí)，絕對壓強(qiáng)就相當(dāng)于大氣壓。強(qiáng)就相當(dāng)于大氣壓。大氣壓數(shù)值是個(gè)可變量，它是由大氣壓數(shù)值是個(gè)可變量，它是由氣溫、濕度和所在地區(qū)的海拔高度氣溫、濕度和所在地區(qū)的海拔高度決定的，測量計(jì)算時(shí)，應(yīng)以當(dāng)?shù)氐臎Q定的，測量計(jì)算時(shí)，應(yīng)以當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽闇?zhǔn)。大氣壓為準(zhǔn)。記錄時(shí)，必須注明記錄時(shí)，必須注明“真空度真空度”和和“表壓表壓”字樣。字樣。 為了避免絕對壓強(qiáng)、表壓、真空為